Rotationally-catapult system for unmanned aerial vehicle take-off and landing

Abstract

In the article is proposed the design of the rotational-catapult system for take-off and landing of unmanned aerial vehicles and determined the algorithm of its functioning. The features of the rotationally-catapult system operation with horizontal and inclined position of the catapult rotational disk are considered in detail. The peculiarities of the rotationally-catapult system functioning include the fact that, on the one hand, the wing span of the unmanned aerial vehicle is limited by the size of the rotating disk of catapult, and an increase in the size of which leads to increased consumption of materials, energy costs, and etc. On the other hand, structural elements of the wing and the unmanned aerial vehicle as a whole, depending on their distance from the rotation axis of catapult and their spatial position, will be affected by centripetal forces of different magnitude and direction, which can damage these elements. In the work an expression for the directing cosines of the unit centripetal acceleration vector is obtained for steady rotational motion of the catapult at its arbitrary inclined position, which makes it possible to simplify the calculation of the unmanned aerial vehicle dynamics motion. The article also provides an example of calculating the landing of unmanned aerial vehicle with characteristics an "Orbiter 3" onto a rotating catapult disk.

У статті запропоновано конструкцію ротаційно-катапультної системи для зльоту та посадки безпілотного літального апарату та визначено алгоритм її функціонування. Докладно розглянуто особливості роботи ротаційно-катапультної системи із горизонтальним і нахиленим положенням обертового диска катапульти. Особливістю функціонування ротаційно-катапультної системи є те, що, з одного боку, розмір крила безпілотного літального апарату обмежений розмірами обертового диска катапульти, а збільшення його розмірів призводить до збільшення споживання матеріалів, витрат енергії, тощо. З іншого боку, на конструктивні елементи крила і безпілотний літальний апарат в цілому, в залежності від їх відстані до осі обертання катапульти і просторового положення, будуть діяти доцентрові сили різної величини і напрямків, які можуть пошкодити ці елементи. У роботі отримано вираз для напрямних косинусів одиничного доцентрового вектора прискорення для стійкого обертового руху катапульти в її довільному нахиленому положенні, що дає можливість спростити обчислення динаміки руху безпілотного літального апарату. У статті також наведено приклад обчислення посадки безпілотного літального апарату з характеристиками «Орбітер 3» на обертовий диск катапульти.